DE102014105439B4 - Flow control valve for a dual fuel fuel injection system - Google Patents
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Abstract
Mengenbegrenzungsventil für ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 5 Ein Mengenbegrenzungsventil weist einen Ventilkörper auf, der zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition über einen Förderfluiddruck verstellbar ist, sowie ein integriertes Steuerventil, über das der Ventilkörper unabhängig vom Förderfluid verstellbar ist.Flow control valve for a dual-fuel fuel injection system 5 A flow control valve has a valve body which can be adjusted between a closed and an open position by means of a delivery fluid pressure, and an integrated control valve via which the valve body can be adjusted independently of the delivery fluid.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mengenbegrenzungsventil für ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a quantity limiting valve for a dual-fuel fuel injection system, according to the preamble of
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein kompakt bauendes Mengenbegrenzungsventil mit variabler Einstellmöglichkeit zu schaffen.The invention is based on the object of creating a compact volume control valve with variable adjustment options using simple structural measures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of
Das erfindungsgemäße Mengenbegrenzungsventil wird zur Steuerung des Flusses eines Förderfluids eingesetzt, das durch das Mengenbegrenzungsventil hindurchgeleitet wird. Bei dem Förderfluid handelt es sich beispielsweise um ein gasförmiges Medium, wobei im Prinzip auch flüssige Medien in Betracht kommen. Das Mengenbegrenzungsventil wird für ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt, bei dem die Brennkraftmaschine sowohl mit Brenngas, insbesondere im Zündstrahlverfahren, als auch mit Flüssigkraftstoff zu betreiben ist, insbesondere mit Diesel-Kraftstoff, Biokraftstoff oder Schweröl. In einem derartigen Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem ist das
Mengenbegrenzungsventil vorzugsweise einer Brenngas-Injektoreinheit zugeordnet. Es ist aber auch möglich, das Mengenbegrenzungsventil zusätzlich oder alternativ einer Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit zuzuordnen.The quantity limiting valve according to the invention is used to control the flow of a conveying fluid which is passed through the quantity limiting valve. The delivery fluid is, for example, a gaseous medium, with liquid media also being considered in principle. The quantity limiting valve is used for a dual-fuel fuel injection system of an internal combustion engine, in which the internal combustion engine can be operated both with fuel gas, in particular in the pilot jet process, and with liquid fuel, in particular with diesel fuel, biofuel or heavy oil. In such a dual-fuel fuel injection system, this is
Quantity limit valve preferably assigned to a fuel gas injector unit. However, it is also possible to additionally or alternatively assign the quantity limiting valve to a liquid fuel injector unit.
Das Mengenbegrenzungsventil weist einen zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition verstellbaren Ventilkörper auf, wobei in der Öffnungsposition ein Strömungskanal für das Förderfluid freigegeben und in Schließposition der Strömungskanal versperrt ist. Die Stellbewegung des Ventilkörpers wird von dem Druck des Förderfluids gesteuert.The quantity limiting valve has a valve body which can be adjusted between a closed and an open position, a flow channel being released for the delivery fluid in the open position and the flow channel being blocked in the closed position. The actuating movement of the valve body is controlled by the pressure of the delivery fluid.
In das Gehäuse des Mengenbegrenzungsventils ist zusätzlich ein Steuerventil integriert, um unabhängig vom Druck des Förderfluids den Ventilkörper zwischen Öffnungs- und Schließposition verstellen zu können. Dies ermöglicht es, das Mengenbegrenzungsventil auch in solchen Situationen zu schließen und damit den Durchfluss des Förderfluids zu unterbrechen, in denen der Förderfluiddruck einen Wert einnimmt, bei dem der Ventilkörper in der Öffnungsposition steht. Das Steuerventil beaufschlagt den in Öffnungsposition stehenden Ventilkörper und verstellt diesen in die Schließposition. Somit erlaubt das Steuerventil ein Schließen des Mengenbegrenzungsventils in zusätzlichen Situationen unabhängig von dem Druck des Förderfluids. Es ist insbesondere möglich, das Mengenbegrenzungsventil über das Steuerventil zu schließen, wenn der Ventilkörper aufgrund des aktuellen Drucks des Förderfluids in Öffnungsposition steht.A control valve is also integrated in the housing of the quantity-limiting valve in order to be able to adjust the valve body between the open and closed positions regardless of the pressure of the delivery fluid. This makes it possible to close the flow control valve even in such situations and thus to interrupt the flow of the delivery fluid in which the delivery fluid pressure assumes a value at which the valve body is in the open position. The control valve acts on the valve body in the open position and adjusts it to the closed position. The control valve thus allows the quantity limiting valve to be closed in additional situations regardless of the pressure of the delivery fluid. It is in particular possible to close the quantity limiting valve via the control valve if the valve body is in the open position due to the current pressure of the delivery fluid.
Das Steuerventil ist in das Gehäuse des Mengenbegrenzungsventils integriert, so dass kein zusätzlicher Raumbedarf für das Steuerventil entsteht und insgesamt ein kompakt bauendes Mengenbegrenzungsventil gegeben ist. Das Mengenbegrenzungsventil kann gegebenenfalls in die Injektoreinheit integriert sein.The control valve is integrated in the housing of the flow control valve, so that no additional space is required for the control valve and there is an overall compact flow control valve. The quantity limiting valve can optionally be integrated in the injector unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Steuerventil passiv ohne eigene Energieversorgung ausgebildet, so dass kein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktor im Steuerventil für die Durchführung der Stellbewegung erforderlich ist. Gemäß einer alternativen Ausführung kann es aber auch zweckmäßig sein, das Steuerventil aktiv auszubilden und mit einem derartigen, elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Aktor zu versehen, beispielsweise einem elektromagnetischen Stellglied, bei dessen Betätigung der Ventilkörper verstellt wird. Der Aktor des aktiv ausgeführten Steuerventils ist vorzugsweise über Stellsignale zu schalten, die aus einer Sensorik im Kraftstoffeinspritzsystem stammen, beispielsweise einem Drucksensor.According to an advantageous embodiment, the control valve is designed passively without its own energy supply, so that there is no electrical, pneumatic or hydraulic actuator in the control valve for the Carrying out the actuating movement is necessary. According to an alternative embodiment, however, it can also be expedient to actively design the control valve and to provide it with such an electrical, pneumatic or hydraulic actuator, for example an electromagnetic actuator, the actuation of which moves the valve body. The actuator of the actively designed control valve is preferably to be switched via control signals that come from a sensor system in the fuel injection system, for example a pressure sensor.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung wird ein Stellelement des Steuerventils, das das Ventilglied des Steuerventils bildet und den Ventilkörper des Mengenbegrenzungsventils beaufschlagt, über ein Steuerfluid verstellt. Insbesondere bei einem Einsatz des Mengenbegrenzungsventils in einem Kraftstoffeinspritzsystem kann als Steuerfluid der Flüssigkraftstoff verwendet werden, der im Kraftstoffeinspritzsystem unter Druck steht und einer Injektoreinheit zugeführt wird. Es ist beispielsweise möglich, über eine Steuerleitung einen Teil des unter Druck stehenden Flüssigkraftstoffes abzuzweigen und dem Steuerventil für die Ansteuerung des Stellelementes zuzuführen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Stellelement passiv ausgeführt ist und eine aktive Ansteuerung des Stellelementes mit eigener Energieversorgung nicht notwendig ist. Die Ansteuerung erfolgt vielmehr über den Flüssigkraftstoff, wobei Druckänderungen im zugeführten Flüssigkraftstoff zu einer Stellbewegung des Stellelementes des Steuerventils führen.According to an expedient embodiment, an actuating element of the control valve, which forms the valve member of the control valve and acts on the valve body of the quantity-limiting valve, is adjusted via a control fluid. In particular when the quantity limiting valve is used in a fuel injection system, the liquid fuel which is under pressure in the fuel injection system and is supplied to an injector unit can be used as the control fluid. It is possible, for example, to branch off part of the liquid fuel under pressure via a control line and to feed it to the control valve for actuating the actuating element. This design has the advantage that the control element is designed to be passive and active control of the control element with its own energy supply is not necessary. Rather, the control takes place via the liquid fuel, pressure changes in the supplied liquid fuel leading to an actuating movement of the control element of the control valve.
Erfindungsgemäß wird das Mengenbegrenzungsventil in einem Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem eingesetzt, das eine Brenngas-Injektoreinheit und eine Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit umfasst. Das Mengenbegrenzungsventil ist bevorzugt der Brenngas-Injektoreinheit zugeordnet, es kann im Prinzip aber auch der Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit zugeordnet sein. Das Mengenbegrenzungsventil befindet sich im Strömungsweg zur Injektoreinheit und ist in der Lage, die Strömungszufuhr des Fluids zur Injektoreinheit zu unterbrechen. Hierbei erfolgt eine Sperrung des Mengenbegrenzungsventils zum einen in Abhängigkeit des Förderfluiddrucks, indem der Ventilkörper des Mengenbegrenzungsventils von der Öffnungs- in die Schließposition verstellt wird, wenn der Mitteldruck während eines Einspritzvorgangs unter einen Druckschwellenwert sinkt. Zum andern kann auch bei einer Fehlfunktion im Einspritzsystem, wenn der Ventilkörper beispielsweise nicht selbsttätig in die Schließposition verstellt wird, über die Ansteuerung des integrierten Steuerventils der Ventilkörper in die Schließposition versetzt werden. Dies erfolgt durch eine Druckänderung des Steuerfluids, bei dem es sich im Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem um den Flüssigkraftstoff handelt. Bei einer entsprechend hohen Druckänderung des Steuerfluids wird das Stellelement des Steuerventils von der Außerfunktions- in die Funktionsposition verstellt, in der das Stellelement den Ventilkörper in die Schließposition versetzt.According to the invention, the quantity limiting valve is used in a dual-fuel fuel injection system which comprises a fuel gas injector unit and a liquid fuel injector unit. The quantity limiting valve is preferably assigned to the fuel gas injector unit, but in principle it can also be assigned to the liquid fuel injector unit. The flow control valve is located in the flow path to the injector unit and is able to interrupt the flow of fluid to the injector unit. The flow control valve is blocked depending on the delivery fluid pressure by moving the valve body of the flow control valve from the open to the closed position when the mean pressure drops below a pressure threshold during an injection process. On the other hand, even in the event of a malfunction in the injection system, for example if the valve body is not automatically adjusted to the closed position, the valve body can be moved to the closed position by actuating the integrated control valve. This is done by changing the pressure of the control fluid, which is the liquid fuel in the dual-fuel fuel injection system. With a correspondingly high change in pressure of the control fluid, the control element of the control valve is adjusted from the non-functional to the functional position, in which the control element moves the valve body into the closed position.
Erfindungsgemäß weist das Mengenbegrenzungsventil für ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem einen zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition verstellbaren Ventilkörper auf, wobei in Öffnungsposition ein Strömungskanal für ein Förderfluid im Mengenbegrenzungsventil freigegeben und in Schließposition der Strömungskanal versperrt ist. Die Stellbewegung des Ventilkörpers hängt vom Förderfluiddruck ab. In einem Gehäuse des Mengenbegrenzungsventils ist ein Steuerventil integriert. Über das Steuerventil ist der Ventilkörper unabhängig vom Förderfluid zwischen Öffnungs- und Schließposition verstellbar. Das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Steuerleitung auf, die mit einer Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit verbunden ist, wobei in der Steuerleitung ein verstellbares Pilotventil angeordnet ist und stromab des Pilotventils dem Mengenbegrenzungsventil Steuerfluid zuführbar ist.According to the invention, the quantity limiting valve for a dual-fuel fuel injection system has a valve body which can be adjusted between a closing and an opening position, a flow channel being released for a conveying fluid in the quantity limiting valve in the opening position and the flow channel being blocked in the closing position. The actuating movement of the valve body depends on the fluid pressure. A control valve is integrated in a housing of the flow control valve. Via the control valve, the valve body can be adjusted between the open and closed positions independently of the delivery fluid. The dual-fuel fuel injection system has a control line which is connected to a liquid fuel injector unit, an adjustable pilot valve being arranged in the control line and control fluid being able to be supplied to the quantity-limiting valve downstream of the pilot valve.
Vorteilhafterweise ist der Ventilkörper des Mengenbegrenzungsventils von einem Federelement in seine Öffnungsposition kraftbeaufschlagt. Das Stellelement des Steuerventils ist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, von einem Federelement in seine Außerfunktionsposition kraftbeaufschlagt, in der der Ventilkörper vom Stellelement unbeeinflusst ist. Durch Ansteuerung des Stellelements, beispielsweise über das Steuerfluid, wird das Stellelement gegen die Kraft des auf ihn wirkenden Federelementes von der Außerfunktions- in die Funktionsposition verstellt und kann den Ventilkörper gegen die Kraft des auf ihn wirkenden Federelementes von der Öffnungs- in die Schließposition versetzen.The valve body of the quantity-limiting valve is advantageously acted upon by a spring element in its open position. According to a further advantageous embodiment, the control element of the control valve is acted upon by a spring element into its non-functional position, in which the valve body is not influenced by the control element. By actuating the actuating element, for example via the control fluid, the actuating element is adjusted against the force of the spring element acting on it from the non-functional position into the functional position and can move the valve body against the force of the spring element acting on it from the open position into the closed position.
Das Stellelement des Steuerventils wird durch die Kraft des Federelementes wieder in die Außerfunktionsposition verstellt, sobald sich die Druckverhältnisse im Steuerfluid wieder entsprechend einstellen. Dies ist bei einem Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem bei ordnungsgemäßer Funktion der Fall.The control element of the control valve is moved back into the non-functional position by the force of the spring element as soon as the pressure conditions in the control fluid adjust accordingly. This is the case with a dual fuel fuel injection system when it is working properly.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in der Steuerleitung des Steuerfluids eine Drossel integriert, an der ein Druckabfall im Steuerfluid erfolgt, der für die Ansteuerung des Steuerventils herangezogen werden kann. Es wird beispielsweise der höhere Druck stromauf der Drossel dem Stellelement zugeführt, so dass der erhöhte Druck das Stellelement in die Außerfunktionsposition versetzt und in dieser hält. Fällt der Druck in der Steuerleitung ab, bewegt sich das Stellelement durch die Federkraftwirkung in seine Funktionsposition und versetzt den Ventilkörper in die Schließposition.According to a further expedient embodiment, a throttle is integrated in the control line of the control fluid, at which there is a pressure drop in the control fluid which can be used to control the control valve. For example, the higher pressure upstream of the throttle is fed to the actuating element, so that the increased pressure puts the actuating element in the non-functional position and holds it in this position. If the pressure in the control line drops, the actuating element moves into its functional position due to the spring force effect and moves the valve body into the closed position.
Die Verstellung des Stellelements des Steuerventils erfolgt mit dem Überschreiten eines Mindestdrucks. In eine Steuerleitung, welche bei einem Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem mit der Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit verbunden ist, ist das verstellbare Pilotventil angeordnet, wobei stromab des Pilotventils die Steuerleitung in ein Kraftstoffreservoir mündet und der Druck des Steuerfluids für die Stellbewegung des Steuerventils abgegriffen wird. Zweckmäßigerweise befindet sich die Drossel stromab des Pilotventils, wobei der Druck unmittelbar stromauf der Drossel für die Ansteuerung des Steuerventils abgegriffen wird. Das Pilotventil, beispielsweise ein 2/2-Wegeventil, schaltet im Takt der Einspritzung in der Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit, wobei bei geschlossenem Pilotventil der Druck stromab des Pilotventils abgebaut und bei geöffnetem Pilotventil aufgebaut wird. Hierbei stellt sich ein Mitteldruck ein, der über dem Mindestdruck liegt, welcher erforderlich ist, um das Steuerventil in der Außerfunktionsposition zu halten. Der Mindestdruck wird dagegen nicht mehr erreicht, wenn das Pilotventil im Falle einer Fehlfunktion geschlossen bleibt, woraufhin das Steuerventil in die Funktionsposition zum Schließen des Ventilkörpers verstellt wird. The control element of the control valve is adjusted when a minimum pressure is exceeded. The adjustable pilot valve is arranged in a control line, which is connected to the liquid fuel injector unit in a dual-fuel fuel injection system, the control line opening downstream of the pilot valve into a fuel reservoir and the pressure of the control fluid being tapped for the actuating movement of the control valve. The throttle is expediently located downstream of the pilot valve, the pressure being tapped directly upstream of the throttle for the control of the control valve. The pilot valve, for example a 2/2-way valve, switches in time with the injection in the liquid fuel injector unit, the pressure downstream of the pilot valve being reduced when the pilot valve is closed and being built up when the pilot valve is open. Here, a medium pressure is set which is above the minimum pressure which is required to keep the control valve in the non-functional position. By contrast, the minimum pressure is no longer reached if the pilot valve remains closed in the event of a malfunction, whereupon the control valve is moved into the functional position for closing the valve body.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Stellelement des Steuerventils als ein Stellkolben ausgeführt, der in einem Kolbenaufnahmeraum in dem Mengenbegrenzungsventil verstellbar ist. Zumindest eine Seite des Stellkolbens bzw. eines mit dem Stellkolben verbundenen Bauteils wird von dem Steuerfluid beaufschlagt, um den Stellkolben gegen die Kraft des Federelementes in der Außerfunktionsposition zu halten. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind beide gegenüberliegenden Stirnseiten des Stellkolbens bzw. des mit dem Stellkolben verbundenen Bauteils von dem Steuerfluid beaufschlagt, jedoch mit unterschiedlich hohem Druck, insbesondere mit dem Druck stromauf und stromab der Drossel in der Steuerleitung. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die bei einer Stellkolbenbewegung auftretende Volumenverdrängung in dem Kolbenaufnahmeraum über die Verbindung mit der Steuerleitung abgeführt werden kann. Außerdem werden etwaige Fehlströme unmittelbar zwischen den beiden Kammern des Kolbenaufnahmeraums auf gegenüberliegenden Seiten des Stellkolbens bzw. des mit dem Stellkolben verbundenen Bauteils ohne Funktionsbeeinträchtigung abgeleitet.According to a further expedient embodiment, the control element of the control valve is designed as an actuating piston which is adjustable in a piston receiving space in the quantity-limiting valve. At least one side of the actuating piston or of a component connected to the actuating piston is acted upon by the control fluid in order to hold the actuating piston in the non-functional position against the force of the spring element. According to a further expedient embodiment, both opposite end faces of the actuating piston or of the component connected to the actuating piston are acted upon by the control fluid, but at different pressures, in particular the pressure upstream and downstream of the throttle in the control line. This embodiment has the advantage that the volume displacement in the piston receiving space that occurs during an actuating piston movement can be dissipated via the connection to the control line. In addition, any fault currents are diverted directly between the two chambers of the piston receiving space on opposite sides of the actuating piston or of the component connected to the actuating piston without impairing their function.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit und einer Brenngas-Injektoreinheit, der ein Mengenbegrenzungsventil zugeordnet ist, -
2 das der Brenngas-Injektoreinheit zugeordnete Mengenbegrenzungsventil im Längsschnitt.
-
1 a schematic representation of a dual-fuel fuel injection system for an internal combustion engine, with a liquid fuel injector unit and a fuel gas injector unit, to which a quantity limiting valve is assigned, -
2nd the flow control valve assigned to the fuel gas injector unit in longitudinal section.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference symbols.
Das in
Des Weiteren gehört zum Dual-Fuel-Injektorsystem
Das der Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit
Gasseitig strömt von dem Hochdruck-Gasspeicher
Während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine arbeitet das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem
In
Im Gehäuse
Der Ventilkörper
Der im Gasraum
In das Gehäuse
Der Kolbenaufnahmeraum
Über den ersten Steuerkanal
Während des Kraftstoffeinspritzbetriebs öffnet und schließt das Pilotventil
Sinkt dagegen beispielsweise auf Grund einer Störung der Mitteldruck unmittelbar stromauf der Drossel
Wenn das Pilotventil
Wenn das der Brenngas-Injektoreinheit
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